13.8. Генератор с независимым возбуждением

При независимом возбуждении цепь возбуждения и цепь якоря генератора электрически разделены (рис. 13.22), благодаря чему ток возбуждения не зависит от напряжения генератора, а следовательно, от условий нагрузки. Это дает возможность регулировать магнитный поток, а вместе с ним и напряжение генератора в очень широких пре­делах. Для такой регулировки в цепь возбуждения вводится регули­ровочный реостат r_m . Схема включения и конструкция реостата должны предупреждать возможность внезапного прерывания тока возбужде­ния, например при отключении источника питания Е_в, так как обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, вследствие чего размыкание ее цепи может сопровождаться возникновением большой ЭДС самоиндукции, опасной для целости изоляции обмотки возбужде­ния и вызывающей сильное искрообразование между размыкаемыми контактами.

Мощность, необходимая для цепи возбуждения, составляет только 1—3 % номинальной мощности генератора. Это дает возможность весьма экономично осуществлять регулирование ЭДС генератора.

Изменяя ток возбуждения, изменяют главный магнитный поток и пропорционально ему ЭДС Е_я = с_ЕФп. Зависимость ЭДС от тока возбуждения при разомкнутой цепи якоря (I_я = 0) и постоянной частоте вращения n = const называется характеристикой холостого хода E_я = F (I_в). Она же в другом масштабе может служить характе­ристикой намагничивания.

Если цепь возбуждения разомкнута (I_в = 0), то в массивной ста­нине генератора сохраняется некоторая остаточная индукция. При вращении якоря в поле остаточной индукции и отсутствии тока якоря в его обмотке индуктируется малая ЭДС холостого хода £„, _х.

Чтобы снять характеристику холостого хода, нужно подать напря­жение на обмотку возбуждения и постепенно увеличивать ток возбуж­дения до максимально допустимого значения, отмечая соответствующие значения ЭДС. Таким путем будет получена восходящая ветвь характе­ристики (рис. 13.23), затем путем постепенного понижения тока воз­буждения можно получить нисходящую ветвь характеристики. Она расположится несколько выше восходящей ветви вследствие возрос­шего влияния гистерезиса. После выключения возбуждения остаточное намагничивание, а следовательно, и ЭДС, ему соответствующая, будут существенно больше, чем в исходных условиях. Но это остаточное намагничивание неустойчиво, и спустя некоторое время после выклю­чения возбуждения поток и ЭДС, индуктируемая им при вращении якоря, уменьшаются до значения, соответствующего начальным усло­виям.

Таким образом, характеристика холостого хода петлевидна, что является естественным следствием наличия гистерезисных свойств (см. рис. 6.5, б) магнитной цепи машины, главным образом следствием влияния массивной станины. Наклон характеристики холостого хода в верхней ее части заметно уменьшается. Это — следствие насыщения

магнитной цепи машины. В большинстве

случаев генераторы постоянного тока работают в условиях, соответствующих насыщенной части характеристики. Бла­годаря насыщению напряжение генерато­ра меньше колеблется при изменениях нагрузки, так как ослабляется влияние реакции якоря на ЭДС машины.

Второй важной характеристикой ге­нератора является зависимость его на­пряжения U от тока якоря I_я при неиз­менных токе возбуждения I_в и частоте вращения п. Эта зависимость называется внешней характеристикой (рис. 13.24). Чтобы получить ее из опыта, нужно сначала нагрузить генератор до номинального тока I_ном при номинальном напряжении на выводах генератора. Послед­нее устанавливается регулированием тока возбуждения I_в. Затем нуж­но постепенно уменьшать ток якоря до нуля. У генератора с незави­симым возбуждением в этих условиях ток возбуждения будет оста­ваться неизменным.

Напряжение между выводами цепи якоря генератора меньше его ЭДС вследствие падения напряжения на активном сопротивлении r_я обмотки якоря и переходного контакта щеток и коллектора

U=E_я - r_яI_я

Зависимость U (I_я) изображалась бы прямой линией (штриховая линия на рис. 13.24), если бы ЭДС Е_я оставалась постоянной. Но полезный магнитный поток машины с ростом нагрузки уменьшается под воздействием реакции якоря, а вместе с ним пропорционально уменьшается и ЭДС Е_я. В результате внешняя характеристика изги­бается в сторону оси абсцисс. На основании внешней характеристики определяется номинальное изменение напряжения генератора. Это — выраженное в процентах относительное изменение напряжения между его выводами, вызываемое изменением нагрузки от номинальной до нуля при неизменном токе возбуждения и постоянной частоте вращения:

Uном = 100%

У генераторов без компенсационной обмотки U_ном достигает примерно 5—15%.

Если увеличивать ток якоря сверх номинального значения, то напряжение генератора станет дальше понижаться, но машина будет работать уже в условиях перегрузки. Ее обмотка якоря, щетки и коллектор начнут перегреваться, а под щетками начнется сильное искрение.

Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо для каждого из них поддерживать напряжение неизмен­ным несмотря на изменения общей нагруз­ки генератора. Это осуществляется посред­ством регулирования тока возбуждения. Регулировочной характеристикой генерато­ра называется зависимость тока возбуждения I_в от тока якоря I_я, при постоянных напряжении U и частоте вращения п. Такая харак­теристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянным напряже­ние между выводами генератора. Эта кривая сначала почти прямо­линейна (рис. 13.25), но затем загибается вверх от оси абсцисс вслед­ствие влияния насыщения магнитопровода машины.